|
|
|
|
Модемы
Модем
представляет собой устройство, которое
имеет цифровой интерфейс связи с
компьютером, обычно RS-232,
и аналоговый интерфейс для связи с
телефонной линией - разъем для телефонного
кабеля (RJ-11). Полноценный модем имеет на
борту достаточно мощный процессор (иногда
несколько), постоянную и оперативную память,
аналоговую часть, ответственную за
сопряжение модема с телефонной сетью -
устройство набора номера, усилитель, АЦП и
ЦАП, - и, наконец, контролер, который всем
управляет. Телефонная
линия имеет полосу пропускания (в норме)
300-3400 Hz, в этом диапазоне и ведется модемная
передача данных. Преобразование
аналогового сигнала осуществляется
достаточно просто - с определенной частотой
замеряются его характеристики и
записываются в цифровой форме по
определенному алгоритму. Соответственно в
обратной последовательности идет
преобразование цифровой информации. Этот
метод принципиально не отличается от того,
который используется в современной
звуковой аппаратуре. Современные же модемы
могут передавать данные со скоростью 33600-56000
bps. Перед
началом передачи информации модем должен
знать, какими параметрами обладает
устройство на другом конце провода, в
частности, какие протоколы передачи он
поддерживает. Для этого разработан
специальный алгоритм соединения,
называемый рукопожатием (handshake), с
помощью которого модемы договариваются об
используемлм протоколе, скорости передачи
и так далее. Очевидно, что при соединении
модемов с различными протоколами (и, как
правило, различающимися скоростями)
происходит обмен по наиболее новому и
быстрому, который поддерживают оба модема,
и при этом скорость обмена ограничена самым
медленым из устройств. Сегодня наиболее
часто используемыми протоколами являются
V.34, K56Flex, V.90. Первый позволяет вести обмен на
скорости до 33600 bps, у последних двух она
ограничена 56000 bps на прием и все теми же 33600 bps
на передачу. Такая несимметричность
вызвана тем, что скорость передачи данных
по телефонной линии традиционными
способами в обе стороны не может быть выше
33600 bps, и более быстрый поток предназначен
для передачи данных от интернет-провайдера
к пользователю (так как основная область
применения модемов - доступ в интернет), а
менее скоростной осуществляет передачу
служебной информации на сервер. Поэтому при
соединении двух модемов больше 33600 bps в
принципе получить не удастся, и это уже
предел, накладываемый характеристиками
телефонной линии. Все современные
протоколы предусматривают коррекцию
ошибок, которые неизбежно вносятся в поток
данных устаревшей и низкокачественной (особенно
в России) проводной телефонной сетью. Оборудование
ISDN
По
определению, ISDN – это сеть,
обеспечивающая полностью цифровые
соединения между оконечными устройствами
для поддержки широкого спектра речевых и
информационных услуг, доступ к которым
осуществляется с помощью ограниченного
набора стандартизированных
многофункциональных интерфейсов. Все
устройства конкретного пользователя могут
иметь один абонентский номер, независимо от
типа служб связи. Сеть ISDN предоставляет
различные услуги цифровой связи, такие как
передача цифрового звука, изображения,
файлов, а также большой набор
дополнительных функций (переадресация,
конференция, извещение о стоимости вызова,
прослушивание помещения без поднятия
трубки). ISDN
является простейшим примером модернизации
старой аналоговой линии. Так как
используется полностью цифровая передача,
скорость обмена и качество звука
значительно превышает аналогичные
параметры у обычных модемов. Необходимо,
правда, чтобы АТС поддерживала возможность
использования ISDN, но в последнее время
количество таких АТС в нашей стране
значительно увеличилось. В
общем виде сеть выглядит так: от АТС идет
обычный телефоный двухпроводной кабель (U-cable),
на его конце устанавливается специальное
сетевое окончание NT (Network Terminator) к
которому с помощью специальных кабелей
подключаются ISDN-устройства. NT служит для
согласования работы всех этих устройств.
Логическое строение коммутируемого
соединения ISDN BRI (начального уровня)
независимо от кабельного исполнения
выглядит так:
Есть
возможность либо осуществлять два
соединения со скоростью 64 Kbps, либо одно со
скоростью 128 Kbps для служб, нуждающихся в
большей пропускной способности (видеотелефон,
передача файлов). Управляющий канал
используется только для служебной
информации (вызов, установки связи,
дополнительные функции). Соединение
межстанционного уровня или для организации
высокоскоростного соединения ISDN PRI
выполняется на коаксиальном или на
оптическом кабеле:
Ниже
приведен простейший вариант с одним
оконечным устройством. Для этого
достаточно подключение 1B+1D (64 Kbps).
Необходимые устройства: NT-BA, цифровой
телефон.
Можно
использовать и два цифровых телефона, но
тогда уже необходимо подключение 2B+1D (128 Kbps).
Следующий
вариант является удачным для пользователей
РС. Если старой аналоговой линии не хватало
для одновременной работы в интернете и
использования телефонного аппарата, то это
решение обеспечит одновременную работу
телефонного аппарата и интернет-соединения
на скорости 64 Kbps. Кроме того, существует
возможность увеличения скорости
соединения до 128 Kbps, используя второй B-канал
телефонного аппарата. Для этого решения
необходимо подключение 2B+1D, цифровой
телефон и ISDN-модем. Существуют так же и
другие варианты организации, но их
рассматривать не будем.
Технология
ADSL
Одной
наиболее перспективной в настоящее время
является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line). Это новая модемная технология,
превращающая стандартные абонентские
телефонные аналоговые линии в линии
высокоскоростного (сравнительно) доступа.
Технология ADSL позволяет передавать
информацию к абоненту со скоростью до 6 Mbps. В
обратном направлении используется
скорость до 640 Кbps (это связанно с тем, что
весь современный спектр сетевых услуг
предполагает весьма незначительную
скорость передачи от абонента). ADSL-модем
представляет собой устройство, построенное
на базе цифрового сигнального процессора (DSP),
аналогичное применяемому в обычных модемах.
В общем случае, вся пропускная способность
линии делится на два участка. Первый
участок предназначен для передачи голоса, и
находится в диапазоне 0.3-3.4 КHz. Диапазон
сигнала для передачи данных лежит в
пределах от 4 KHz до 1 МHz, так как физические
параметры большинства линий не позволяют
передавать данные с частотой свыше 1 МHz. К
сожалению, не все существующие телефонные
линии (особенно большой протяженности),
имеют даже такие характеристики, поэтому
приходится еще больше уменьшать полосу
пропускания, что, конечно же, влечет за
собой уменьшение скорости. Существует
также ряд смежных технологий, принцип
работы которых аналогичен ADSL. Общее
название таких
технологий
xDSL. High
Data-Rate Digital Subscriber Line (HDSL)
HDSL
является технологией, обеспечивающей
передачу на скорости 1.536 или 2.048 Mbps в обоих
направлениях. Протяженность линии может
достигать 3.7 km. Ориентирована в качестве
более дешевой альтернативы выделенным
каналам. Требует четырехпроводной
абонентской линии. Single-Line
Digital
Subscriber
Line
(SDSL)
Аналогичен
HDSL, отличается тем, что для организации
линии достаточно двух проводов.
Протяженность может
достигать 3
km Very
High Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL)
Аналогична
HDSL, скорость до 56 Mbps. Расстояние до 1.5 km.
Технология весьма дорогая и не находит
широкого применения. Rate
Adaptive Digital Subscriber Line (RADSL)
Технология
ADSL обладает одним существенным недостатком.
Она не позволяет изменять скорость в
зависимости от качества линии. В таких
модемах выбор скорости, кратной 1.5 или 2 Mbps,
производится с помощью программного
обеспечения. Оборудование, построенное на
базе технологии RADSL, позволяет
автоматически снижать скорость в
зависимости от качества линии. Universal
ADSL
(UADSL)
Не
так давно появилась новая версия
технологии ADSL, которая призвана устранить
присущие ей недостатки недостатки (высокая
стоимость ADSL-устройств, сложность
конфигурвции и др.), ее называют Universal ADSL
(UADSL), или DSL Lite. Правда, при использовании
этой технологии данные передаются на более
низких скоростях, чем в оригинальной ADSL (при
длине абонентской линии до 3.5 km скорость
составляет 1.5 Mbps в направлении к абоненту и
384 Kbps - в обратном направлении; при длине
абонентской линии до 5.5 km обеспечиваются
"всего" (по сравнению с модемами,
конечно) 640 Kbps по направлению к абоненту и 196
Kbps - в противоположном. Эти устройства легче
устанавливать; кроме того, в их составе
имеется частотный разделитель, поэтому его
не приходится устанавливать отдельно. По
существу, достаточно просто подключить UADSL-модем
к телефонной розетке, так же как и обычный
модем. Стоимость
же устройств не намного превышает
стоимость обычного модема, поэтому стоит
ожидать, что именно эта технология найдет
широкое применение в аппаратуре доступа
оконечных пользователей. Кстати, при не
очень большом превышении длины кабеля и
уменьшении его требуемого сечения ADSL-модемы
могут работать вполне нормально. Все это
делает ADSL очень привлекательной для
недорогого подключения большинства
пользователей к интернету в будущем. Одна
из основных проблем развития -
необходимость поддержки такой услуги АТС,
но, в принципе, если действительно назреет
острая необходимость в ADSL и эта технология
найдет массовую поддержку (а скорее всего
именно так и будет), то за этим дело не
должно надолго остановиться. Хотя
станционное оборудование стоит достаточно
дорого, и можно точно сказать, что ставиться
оно будет далеко не везде - в свое время
вставал вопрос об оснащении некоторых
станций ADSL, и разрешен был в связи с
дороговизной не в положительном
направлении. Тем не менее, мне кажется,
время все-таки должно взять свое. И даже
если не ADSL, то что-нибудь другое должно
обязательно появиться, ибо возможностей
обычных модемов уже давно для большинства
наиболее необходимых задач (например, для
передачи цифрового звука или тем более
видео) не хватает. Ethernet
на коаксиальном кабеле
Сначала
немного о том, что такое вообще Ethernet. Обычно
под этим определением понимают сеть, в
которой все устройства могут слышать
другие устройства. Для того, чтобы был
понятно, кому же предназначены
передаваемые в сеть данные, каждое
устройство в сети имеет свой логический
номер. Если устройство видит пакет данных,
который предназначен именно для него, то
оно спокойно его принимает, а остальные
устройства игнорируют передачу. Если два (или
более) устройства одновременно начинают
передавать данные, то все они замолкают и
возобновляют активность через
неопределеный промежуток времени. Таким
простым способом устраняются возможные
конфликты. Недостатком метода является то,
что при большой нагрузке на сеть ее
производительность сильно снижается из-за
частых конфликтов. В связи с простотой
конфигурации и дешевизной при достаточно
хорошей производительности Ethernet-сети
получили широкое распространение, особенно
в России. Очевидно, что Ethernet не
предназначена для создания распредельных
сетей, ее прерогатива - домашние/офисные или
не слишком большие корпоративные сети,
которые прокладыаются в одном здании или
нескольких, если последние расположены
достаточно компактно, что связано с
небольшой максимальной длиной сетевого
канала. Самыми
старыми сетями, построенными по
вышеописанному принципу (в дальнейшем мы
тоже будем иметь виду в основном только
Ethernet), являются сети на основе
коаксикального кабеля. Коаксикальный
кабель, как вы знаете, сотоит из
центрального довольно толстого проводника
(одножильного или многожильного) и внешней
экранирующей оплетки. В рассматриваемых
нами сетях применяется коаксикальный
кабель с волновым сопротивлением 50 Ohm.
Волновое сопротивление - отношение
напряжения к силе тока в данном сечении
передающей линии при распространении в ней
электромагнитных колебаний. Коаксикальный
кабель обычно называют Ethernet-кабелем или
просто Ethernet, так как в компьютерной технике
он, как правило, используется в основном для
построения сетей. Существует два варианта
организации сетей на коаксикальном кабеле:
на толстом Ethernet и на тонком Ethernet. Названия,
естественно, произошли от толщины кабеля,
которая в первом случае составляет около
0.4", а во втором приблизительно 0.2". Ethernet
на толстом коаксиальном кабеле
Ethernet
на тонком коаксиальном кабеле
Этот
более современный (но тем не менее тоже
устаревший) стандарт, который правильно
называть 10Base2, аналогичен предыдущему, но в
нем уже используется более дешевый тонкий
кабель, а также отпадает необходимость в
трансиверах. Поэтому такие сети получили в
свое время гораздо более широкую
популярность, чем сети на толстом кабеле.
Устройство подключается непосредственно к
сети с помощью Т-образного коннектора, где
ножка буквы "Т" обращена к самому
устройству (например, сетевой карте), а
другие два конца соединяют отрезки кабеля и
как бы являются его частью. Можно вынуть
коннектор из устройства, работоспособность
сети от этого не ухудшится. Разъем на
устройстве обычно обозначется в тексте как
BNC. Они бывают накручивающиеся, обжимные или
припаивающиеся. Наиболее легкие в
установке и наджные накручивающиеся, но они,
к сожалению, редки в продаже.
Припаивающиеся очень неудобно
устанавливать, особенно если установщик
первый раз в жизни держит в руках паяльник,
поэтому чаще всего применяются обжимные
коннекторы, которые, кстати, тоже
достаточно надежны. Максимальная длина
сегмента 185 метров, минимальное расстояние
между точками подключения 0.5 метра,
максимальное количество точек подключения
к сегменту составляет 30 при не более чем
пяти сегментов в сети. Как видно из
приведенных характеристик сети, замена
кабеля на более дешевый обернулась
уменьшением длины сегмента чуть ли не в три
раза. Хотя сеть, как правило, может работать
при длине сегмента до 200 m, все равно это куда
меньше, чем 500. Все
описанные стандарты (как на толстом, так и
на тонком кабеле), обязательно
предусматривают терминирование с обоих
концов. Это делается с помощью специальных
наконечников, которые устанавливаются на
концы сети. В принципе, можно обойтись и без
терминирования, но при этом характеристики
линии резко ухудшаться, что тут же повлияет
в отрицательную сторону на
производительность и надежность сети. Один
и только один из терминаторов (то есть
концов сети) должен быть заземлен. Выше
упоминалось такое понятие, как сегмент.
Сегмент - это участок сети между двумя
репитерами (repeater), то есть устройствами,
которые усиливают сигнал и тем самым
позволяют увеличивать длину сети. Репитер
может иметь как один, так и несколько
сетевых портов. Основная функция репитера -
получив данные на одном из портов,
немедленно перенаправить их на другие
порты. В процессе передачи данных на другие
порты данные формируются заново, чтобы
исключить любые отклонения, которые могли
возникнуть во время движения сигнала от
источника. Репитеры также могут выполнять
функцию, называемую разделение. Если
репитер определяет большое количество
коллизий, происходящих на одном из портов,
он делает вывод, что произошла авария где-то
на этом сегменте, и изолирует его от
остальной сети. Эта функция была сделана
для предотвращения распространения ошибок
одного сегмента на всю сеть. У
репитеров имеется отрицательная черта,
заключающаяся в том, что он вносит задержку
в распространение сигнала по сети. Все
сети Ethernet используют
протокол доступа,
называемый
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Чтобы
этот протокол работал нормально, ему
необходимо иметь возможность определять
возникновение коллизии. CSMA/CD определяет это
возникновение, сравнивая данные,
находящиеся в сети, с теми, что были
отправлены в сеть. Если определяется
отличие, то это означает, что произошла
коллизия (одновременная передача двумя
устройствами) и передача немедленно
прекращается. Устройство, как уже
говорилось, затем ждет случайный отрезок
времени и повторяет попытку передачи.
Существует изъян в CSMA/CD, который
ограничивает размер сети. Посылаемые биты
не попадают мгновенно во все точки сети,
необходим некоторый отрезок времени, для
того чтобы сигнал прошел по проводам и
через каждый репитер в сети. Это время может
быть измерено, и оно называется задержкой
распространения (Propagation Delay). Если
задержка распространения между источником
сигнала и наиболее удаленным источником
сети больше, чем половина размера
наименьшего пакета (frame), который может
существовать, тогда CSMA/CD не сможет
правильно определить коллизию, и данные в
сети могут быть потеряны или искажены.
Поэтому не стоит без особой необходимости
сильно увлекаться репитерами, так как они
замедляют работу сети. Согласно
проведенным разработчиками Ethernet
вычислениям и измерениям, на пути сигнала в
сети может быть не более 4 репитеров и не
более 5 сегментов, причем только к трем из
них могут быть подключены устройства. Эти
выводы обычно выражаются в виде правила
"5-4-3". Конечно, в целом в сети может быть
больше 4 репитеров (их можно, в принципе,
наставить сколько угодно), но нас
интересует только их количество между
двумя любыми устройствами. Это ограничение
дает максимальную длину сети для толстого
Ethernet равной 2500 m и чуть меньше километра для
сети на основе тонкого Ethernet. Не
следует экономить на кабеле, особенно если
предполагается создавать большую сеть, так
как при некачественном кабеле ее
надежность уменьшается. В качестве тонкого
кабеля, кстати, подходит и обычный
отечественный РК-50, производимый еще по
ГОСТам СССР. Однако он имеет так много
разновидностей, что в них легко запутаться.
Очень не рекомендуется использовать в сети
кабели разных марок. Если первоначальной
длины отрезка кабеля не хватает, то его
можно нарастить с помощью специального Barrel-коннектора.
Нежелательно соединять кабеля простой
скруткой.
Ethernet
на витой паре
Центральным
устройством в сети является концентратор (хаб
- Hub), к которому, собственно, и
подключается все остальное сетевое
оборудование. Принцип работы хаба очень
прост - он принимает от какого-либо
устройства сигнал, усиливает его и передает
по всем направлениям (естественно, кроме
того, по которому он пришел). Как видно из
рисунка, используется звездообразная
топология. Набы могут содержать 4, 8, 16, 32 и
так далее количество портов, от этого
зависит максимальное количество сетевых
устройств, которое можно к ним подключить.
Хаб обычно устанавливается на стол,
вешается на стену или помещается другое
легкодоступное место, чтобы было возможно
быстро и без труда подключать к нему кабели.
Существуют еще другие сети Ethernet, сети на оптоволоконном кабеле, радиосети. Их в данной статье не рассматривали. |
|
|
Самый старый тип Ethernet-сетей.
Стандарт также называется IEEE 10Base5. Из
рисунка видно, что используется шинная
топология, то есть устройства навешаны на
кабель словно лампочки на елочной гирлянде.
Из-за своей характерной окраски толстый
Ethernet также называют желтым кабелем. Он
позволяет использовать сегмент длиной до 500
m при минимальное расстоянием между точками
подключения 2.5 метра (максимальное
количество точек подключения к сегменту
равно 100, а количество сегментов сети не
может превышать 5 штук; подробнее о том, что
такое сегмент и зачем нужно такое понятие,
будет рассказано ниже). Устройства
подключаются к сети посредством
устанавливаемого на кабель трансивера (MAU, Media
Access Unit). Максимальная длина кабеля между
трансивером и устройством ограничена 25 m.
При подключении используется 15-контактный
разъем AUI. Стандарт уже давно (в основном из-за
дороговизны соответствующих кабелей и
трансиверов) устарел, и в настоящее время
невозможно найти в продаже новое
оборудование для построения сети на этом
стандарте, да и уже построенные сети
являются очень большой редкостью.
Впрочем,
сейчас все эти рекомендации не очень
актуальны, так как сети на коаксикальном
кабеле используются уже (2001 год) очень редко,
хотя оборудование для их прокладки еще
можно найти в магазинах. Это связано, во-первых,
с невысокой пропускной способностью сети,
равной 10 Mbps (на практике 7-8 Mbps), откуда и
число "10" в названии. Во-вторых, шинная
топология не является надежной, так как
разрыв провода приводит к разрыву всей сети,
да и использовать ее не всегда удобно.
Поэтому мы даже не будем приводить примеры
оборудования, которое было создано для
вышеописанных сетей, а опишем в
соответствующей статье оборудование для
Ethernet на витой паре, так как этот тип сетей
сегодня является наиболее
распространенным.
В отличие от сетей на
коаксиальном кабеле, в Ethernet на витой паре
используется кабель, состоящий из
нескольких скрученных пар проводов (отсюда
и название). В настоящее время подобные сети
наиболее распространены из-за их хорошей
производительности, легкости в
использовании и обслуживании и при всем при
этом достаточно низким ценам как на кабеля,
как и на соответствующее оборудование.
Последние
подключаются к хабу и другим сетевым
устройствам при помощи стандартного
разъема RJ-45, похожего на обычный телефонный,
но несколько большего размера (там
используется разъем RJ-11). Если коннектор
выходит из строя, то его срезают вместе с
небольшим отрезком кабеля и ставят новый.
Коннекторы крепятся с помощью специального
обжимного инструмента; существуют также
уже готовые кабели фиксированного размера (например,
5 или 3 метра), их можно использовать для
подключения устройств, когда не требуется
большая удаленность от концентратора. Одна
пара из четырех в кабеле используется на
передачу, другая - на прием. Как правило,
концентратор имеет индикаторы (светодиоды)
активности каждого порта. Если хаб имеет
приятный дизайн и большие лампочки с
красивым светом (обычно зеленого цвета), то
в момент сильной загруженности сети и
активности большинства портов устройство
выглядит весьма эффектно.